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钢板分层和焊接(火切)冷脆性开裂的区别及处理

核心提示伴随着国际铁矿石价格的大幅上涨,我国钢铁工业陷入微(薄)利时代。2010年我国大中型钢铁企业实际利润897亿元,销售利润率2.91%,远低于全国工业企业6.2%的平均水平,其中宝钢380亿元,占到利润的42%,多数企业处于微利或亏损状态。而钢厂降成本的大头在于降低合金和改变工艺路线。二流钢厂的钢板质量大幅度下降,分层钢板大幅增加,主要原因是调合金和工艺路线的简化。采用“提碳降锰”,甚至Q345B也要预热了,否则都可能有冷脆性裂纹产生。钢板绝大多数用于加工,而焊条钢又为钢厂所生产,生产的钢板改变了化学成份,改变了组织结构,焊条钢也改变了,两者的改变,也会出现不匹配的现象。目前分层钢板多,偏析严重钢板多,焊接后问题多在所难免。对焊接工艺相当调整,解决一些焊接后出现的问题,成为当前的焦点之一。

 

钢板分层与钢板火切、焊接后的冷脆性裂纹,表现形式一般相同,都为板材中部的裂纹,从使用上来讲,分层钢板必须切除,整块分层就整块摘除,局部分层可以局部摘除。钢板的冷脆性裂纹,表现的形式为中部开裂,有的人也称之为“开裂”,为方便分析,定义为“冷脆性开裂”较为妥当些,这种缺陷可以采用补救措施,用适当焊接工艺来处理,不用报废。

1、钢板分层

分层是钢板(坯)断面出现局部的缝隙,使钢板断面形成局部层状,是钢材中的一种致命性缺陷,钢板不得有分层,见图1。分层亦称夹层、离层,是钢材的内部缺陷。钢锭(坯)内的气泡、大块的非金属夹杂物、未完全切除的残余缩孔或发生折叠、严重的偏析均可能引起钢材的分层,而不太合理的轧制压下规程又可能使分层加剧。

 

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1 钢板分层

2、钢板分层的种类

根据产生原因的不同,分层所表现的部位形态也不同,有的隐藏在钢材内部,内表面与钢材表面平行或基本平行;也有的延伸到钢材表面,又在钢材表面形成沟纹状的表面缺陷。概括起来有2种形式:

1种为开口型分层。这种分层缺陷在钢材的断口上宏观就可发现,一般在钢厂和制造厂里基本上能被复检出来。

2种为封闭型分层。这种分层缺陷在钢材的断口中看不到,在制造厂内如果不进行逐张钢板100%超声波探伤,亦难以发现,它是一种处于钢板内部的封闭型分层。这种分层缺陷从冶炼厂带到制造厂,最后被加工制造成产品出厂。

分层缺陷的存在使分层区钢板承受载荷的有效厚度减少,降低了与分层同方向受载的承载能力。分层缺陷的边线形状尖锐,对应力作用非常敏感,会引起严重的应力集中。在运行过程中若有反复的加载、卸载、升温、降温,就会在应力集中区形成很大的交变应力,以致造成应力疲劳。

3、冷裂纹的评估方法

3.1  碳当量法----评估钢材冷裂纹倾向

由于焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有关,所以利用化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。把钢中合金元素的含量按其作用换算成碳的相当含量,作为粗略评定钢材冷裂倾向的一种参数指标,即碳当量法。对于低台金钢的碳当量法,国际焊接学会(IIW)推荐公式:Ceq(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

根据公式计算碳当量的数值越大,被焊钢材的淬硬倾向就越大,热影响区越易产生冷裂纹。因此可以用碳当量的大小来评定钢材焊接性的优劣,并按焊接性的优劣提出防止产生焊接裂纹的最佳工艺条件。

当使用国际学会推荐的公式时,若Ceq(IIW)0.4%,则淬硬倾向不大,焊接性良好,焊前不需要预热;若Ceq (IIW)0.4%~0.6%,尤其是大于0.5%时,钢材易淬硬.说明焊接性已变差,焊时需预热才能防止焊接裂纹,随板厚增大预热温度要相应提高。

3.2  焊接冷裂纹敏感指数

低合金高强钢焊接时产生冷裂纹的原因除化学成分外,还有熔敷金属中扩散氢含量、接头的拘束应力等,日本伊藤等人采用斜Y形坡口铁研试验对200多个钢种做了大量试验提出了由化学成分、扩散氢和拘束度(或板厚)所建立的冷裂纹敏感指数等公式,并用冷裂纹敏感性指数来确定防止冷裂纹所须的焊前预热温度。一般认为,下述公式可用于碳含量不大于0.16%、抗拉强度为400900MPa的低合金高强度钢。

Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B  %);

Pc=Pcm+[H]/60+t/600%   

To=1440Pc-392   (℃)

式中: [H]——采用日本JIS 3113标准测定的熔敷金属扩散氢含量(ml/100g);

t——板厚(mm);To——最低焊前预热温度(℃)。

计算出该厚度钢板的焊接冷裂纹敏感性指数Pc,和不裂的最低焊前预热温度To约为多少度。计算结果To50℃时,该钢板具有一定的焊接冷裂纹敏感性,要进行预热。

4、大型构件冷脆性“开裂”的修复

钢板焊接完成以后,某块钢板某部分开裂了,说是“分层”了,见下图2,裂纹的形貌。焊接专家认为修复工艺定义为“钢板Z向裂纹的焊补工艺”为妥些。由于构件很大,将此钢板拆下,工作量大,再重新焊接一块,极有可能整个构件发生变形,整个构件要报废,损失很大。

2  大型构件开裂

图3 分层钢板探伤波形(图2钢板厚度35mm)

 

4.1Z向裂纹发生原因及防止措施

由于切割、焊接产生的Z向裂纹属冷裂。钢板硬度及厚度越大,出现Z向裂纹几率就越高。如何避免其发生,最佳方法是切割、焊接之前进行预热,预热的温度取决于钢板的等级和厚度。预热可以通过切割枪、电子履带加热垫进行,应当在加热点的背面测量所需的温度。(注:要使整个钢板切割截面均匀受热,以免接触热源的区域出现局部过热的现象)采用预热,可降低切割、焊接产生Z向裂纹的几率。推荐各厚度预热温度及切割速度如下表:

 

钢级

厚度

预热温度

 

Q345QS890

10-30

100

30-49.9

150

50-70

175

 

4.2、返修工艺

1、先用角磨机将裂纹处磨到看不见裂纹后,将补焊处周围预热到100℃左右再采用CO2焊(药芯焊丝最佳)。焊完第一层,立即用圆锥锤敲击焊缝,然后进行下面各层的焊接,做到每焊完一层都要用锤敲击焊缝。保证层间温度≤200℃。

2、裂纹比较深的话,将补焊处周围预热到100℃左右,立即采用碳弧气刨清根,再用角磨机打磨直至露出金属光泽,(如果补焊处温度不到100℃,要重新进行预热)然后焊接。

3、焊完后,用硅酸铝棉或石棉将焊缝保温,保温时间≥2小时。

4、为保险起见对修复部位进行超声波探伤。

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  • 评论列表:
  •  好孩子昊
     发布于 2018-01-07 09:42:34  回复该评论
  • 上次问你们定的管子 我定的公差是 +/-0.10 结果你们发过来的货是 +/-0.03了公差,我们的轴承装不上去,精度做的太高了。

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